城市多层立交结构基于性能抗震设计方法研究
发布时间：2019-10-12 20:44
【摘要】：本文在总结国内外抗震研究成果及相关规范的基础上，结合我国多层立交结构建设实践，采用多级设防思想和弹塑性纤维模型分析法，通过理论公式推导和有限元数值分析，对城市多层立交结构的抗震设防水准、抗震性能水平和目标、塑性铰、延性能力及抗震设计计算方法进行研究，主要完成以下工作： 以国内外抗震研究成果及相关规范为基础，考虑我国目前的经济状况及与现行规范的衔接，通过分析归纳等方法，对城市多层立交结构提出5级抗震设防水准，并给出每一等级下构件灾害状态；将城市多层立交桥梁按照重要性分类，提出不同类型结构的性能目标矩阵及抗震设防水准所对应的性能目标图，方便在实际工程中参考应用。 采用有限元非线性时程分析方法，研究多层立交桥梁上下部结构14种连接形式、竖向4种地震波荷载分量及4种阻尼比大小等因素对结构自振特性、顺桥向及横桥向地震响应的影响，得出其地震力响应特征规律；结合实际工程经验公式及规范要求，从结构振型取用、支座形式设置、伸缩量确定、墩柱弹性阶段“双控目标”的确定、阻尼比及竖向分量选取等6个方面对多层立交结构动力响应进行分析，并给出抗震设计建议。 采用弹塑性纤维模型分析法，考虑动轴压、主梁刚度及高阶振型耦合效应的影响，研究多层立交桥梁主要构件的塑性铰出铰顺序、随时间的发展变化、结构耗能能力、塑性铰转角大小及时程变化、墩顶位移、截面实际破损状态及破损状态与其余指标的对应关系等。在此基础上，通过理论分析，提出利用截面曲率作为多层立交结构墩柱延性性能指标来定量描述截面破损状态的方法。 基于常见的截面破损模型，结合多层立交结构延性性能特征，根据平截面假定及力的平衡原理，推导了材料应变与曲率系数的关系公式；通过建立结构抗震性能水准与曲率系数的联系，推导了曲率系数与性能水准的定量关系公式；并提出利用曲率系数定量表示截面破损指标的方法；在此基础上，进一步建立基于曲率延性系数的截面破损指标与性能水准关系公式。 采用前文推导公式以及几何加权分配思想，将构件截面破损指标进行权重分配，建立基于曲率延性系数的单个构件及整体结构损伤程度的模型，并利用此模型分析了多层立交结构单个构件及整体结构延性性能。 在建立结构整体破损指标的基础上，提出基于曲率延性系数的结构弹塑性阶段设计方法及详细流程；结合现行城市桥梁抗震规范，系统地提出一套基于性能的多层立交结构抗震性能设计方法。
【图文】：
地震造成的立交桥梁垮塌也导致了震后救灾生命线破坏，从而延长了救援时间，并进一步加重了损失。因此，必须针对立交结构的特点，对其在地震作用下的动力行为进行有效的控制，使结构在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多层交通或多层桥面的城市桥梁近年来备受青睐，此种结构能解决空间受限问题，并能满足与建筑结构相互协调的特殊要求，更好地实现人、非、车的分流，并在有限的土地资源空间内极大地提高城市交通的使用效率、改善桥梁通行条件。在美国，日本以及我国的北京、上海、重庆、西安、南昌和香港特区，均修建了双层或多层高架桥。其中，我国已建成的多层立交桥梁主要有：上海修建的公铁两用双层桥，顶层为公路桥，底层为铁路桥，是我国最早的双层立交桥，此桥采用连续结构体系；重庆加气站附近小半径双层立交，采用连续梁结构体系，如图 1.1；南京雨润集团物流公司在西安草滩建成的三层立交桥梁，主要服务于物流厂区，采用固接结构体系、简支结构体系及简支与固接混合结构体系三种类型，如图 1.2 所示。对于城市多层立交桥梁而言，纵桥向大部分采用连续结构体系，横桥向为多层框架结构。
地震造成的立交桥梁垮塌也导致了震后救灾生命线破坏，从而延长了救援时间，并进一步加重了损失。因此，必须针对立交结构的特点，对其在地震作用下的动力行为进行有效的控制，使结构在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多层交通或多层桥面的城市桥梁近年来备受青睐，此种结构能解决空间受限问题，并能满足与建筑结构相互协调的特殊要求，更好地实现人、非、车的分流，并在有限的土地资源空间内极大地提高城市交通的使用效率、改善桥梁通行条件。在美国，日本以及我国的北京、上海、重庆、西安、南昌和香港特区，均修建了双层或多层高架桥。其中，，我国已建成的多层立交桥梁主要有：上海修建的公铁两用双层桥，顶层为公路桥，底层为铁路桥，是我国最早的双层立交桥，此桥采用连续结构体系；重庆加气站附近小半径双层立交，采用连续梁结构体系，如图 1.1；南京雨润集团物流公司在西安草滩建成的三层立交桥梁，主要服务于物流厂区，采用固接结构体系、简支结构体系及简支与固接混合结构体系三种类型，如图 1.2 所示。对于城市多层立交桥梁而言，纵桥向大部分采用连续结构体系，横桥向为多层框架结构。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.17;U442.55
【图文】：
地震造成的立交桥梁垮塌也导致了震后救灾生命线破坏，从而延长了救援时间，并进一步加重了损失。因此，必须针对立交结构的特点，对其在地震作用下的动力行为进行有效的控制，使结构在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多层交通或多层桥面的城市桥梁近年来备受青睐，此种结构能解决空间受限问题，并能满足与建筑结构相互协调的特殊要求，更好地实现人、非、车的分流，并在有限的土地资源空间内极大地提高城市交通的使用效率、改善桥梁通行条件。在美国，日本以及我国的北京、上海、重庆、西安、南昌和香港特区，均修建了双层或多层高架桥。其中，我国已建成的多层立交桥梁主要有：上海修建的公铁两用双层桥，顶层为公路桥，底层为铁路桥，是我国最早的双层立交桥，此桥采用连续结构体系；重庆加气站附近小半径双层立交，采用连续梁结构体系，如图 1.1；南京雨润集团物流公司在西安草滩建成的三层立交桥梁，主要服务于物流厂区，采用固接结构体系、简支结构体系及简支与固接混合结构体系三种类型，如图 1.2 所示。对于城市多层立交桥梁而言，纵桥向大部分采用连续结构体系，横桥向为多层框架结构。
地震造成的立交桥梁垮塌也导致了震后救灾生命线破坏，从而延长了救援时间，并进一步加重了损失。因此，必须针对立交结构的特点，对其在地震作用下的动力行为进行有效的控制，使结构在地震作用下具有良好的抗震性能和安全度。多层交通或多层桥面的城市桥梁近年来备受青睐，此种结构能解决空间受限问题，并能满足与建筑结构相互协调的特殊要求，更好地实现人、非、车的分流，并在有限的土地资源空间内极大地提高城市交通的使用效率、改善桥梁通行条件。在美国，日本以及我国的北京、上海、重庆、西安、南昌和香港特区，均修建了双层或多层高架桥。其中，，我国已建成的多层立交桥梁主要有：上海修建的公铁两用双层桥，顶层为公路桥，底层为铁路桥，是我国最早的双层立交桥，此桥采用连续结构体系；重庆加气站附近小半径双层立交，采用连续梁结构体系，如图 1.1；南京雨润集团物流公司在西安草滩建成的三层立交桥梁，主要服务于物流厂区，采用固接结构体系、简支结构体系及简支与固接混合结构体系三种类型，如图 1.2 所示。对于城市多层立交桥梁而言，纵桥向大部分采用连续结构体系，横桥向为多层框架结构。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.17;U442.55
【参考文献】
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本文编号：2548256
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